27Academic Research in Educational Sciences VOLUME 2 | ISSUE 11 | 2021
ISSN: 2181-1385
Scientific Journal Impact Factor (SJIF) 2021: 5.723 Directory Indexing of International Research Journals-CiteFactor 2020-21: 0.89
DOI: 10.24412/2181-1385-2021-11-370-376
НОДИР ЕР ЭЛЕМЕНТЛАРИ БИЛАН ЛЕГИРЛАНГАН КРЕМНИЙНИНГ
ЭЛЕКТРОФИЗИК ХОССАЛАРИ
Назокат Тураевна ^одирова
Тошкент фармацевтика институти доценти
Зухра Боходировна Турсунова
Тошкент фармацевтика институти катта укитувчиси
Наргиза Бахтиёровна Садикова
Тошкент фармацевтика институти катта укитувчиси
АННОТАЦИЯ
Кремнийни нодир ер элементлари билан легирлаш буйича сунгги йиллардаги илмий ишларнинг курсатишича, кремнийда термик ишлов ва радиацион нурланиш таъсири натижасида хосил буладиган термик ва радиациавий нуксонлар шунингдек, термик ишлов жараёнида кремнийга кириб кетиши ва унинг электрофизик хоссаларини узгартириб юбориши мумкин булган Ni, Na, Fe каби тез диффузияланувчи киришмалар намунанинг ва унинг асосида ясаладиган асбобларнинг электрофизик параметрларини узгартириб юбориши маълум.
Калит сузлар: нодир ер элементлари, акцептор сатх, переципитат, имплантация, тез диффузияланувчи киришмалар.
КИРИШ
Маълумки, яримутказгичларнинг хоссалари ривожланиб келаётган каттик жисмлар электроникасида бир томондан яримутказгич кристалини чукур тозалаб, иккинчи томондан, легирлаб уларни аралашма атомларини концентрациясини бошкариш мумкин. Нуктавий нуксонлар нурланишни турли аспект тузилишли ва вакант тузилишли нуксонлар илмий ва техник муаммолари анча вактлардан бери факат хисобланиб келинади. Термо динамик нуктаи назардан, кристалл панжарасидаги нуксонларни булиши мукаррар. Негаки, тугри кристалл холати бир канча даражаларда асбобни тузилиш сифатида хосил булади. Буни биринчи навбатда нуксон пайдо булиш жараёнида хамда электрон жараёнлар билан биргаликда курсатиш зарур.
Academic Research in Educational Sciences VOLUME 2 | ISSUE 11 | 2021
ISSN: 2181-1385
Scientific Journal Impact Factor (SJIF) 2021: 5.723 Directory Indexing of International Research Journals-CiteFactor 2020-21: 0.89
DOI: 10.24412/2181-1385-2021-11-370-376
АДАБИЁТЛАР ТА^ЛИЛИ ВА МЕТОДОЛОГИЯ
Яримутказгичларда радиациявий нуксонлар хосил булишини махсус пассивлаш, хусусан кремнийда кристаллга нейтрал киришмани киритиш оркали амалга оширилади. Ушбу киришма эса хосил буладиган электр фаол комплекслар таркибига кирмайдиган булиши, Френкель жуфтини ташкил этувчилари учун жамлагич ёки аннигиляция маркази сифатида хизмат килиши керак. Сунги йилларда шундай киришмалар сифатида нодир ер элементлари кулланилмокда. Si<Gd> нинг электр хоссаларига радиациавий нурланишга кучсиз сезувчанлик аникланган ва ушбу натижани бирламчи радиациявий нуксонлар учун самарали жамлагич сифатида хизмат килувчи гадолиний атомларининг тупланмаларининг радиациявий нуктавий нуксонлар билан узаро таъсирлашувининг натижаси сифатида изохланган. Шунингдек, Si<Gd> намуналарининг рекомбинациявий параметрларининг радиация таъсирига баркарорлиги курсатилган. Мавзуга доир адабиётларнинг тахлили. Нодир ер элементлари вакиллари гадолиний ва самарий аксептор киришмалар сифатида биринчи марта [1-3] ишларда урганилган. Кремнийга устириш жараёнида киритилган иттирий саёз сатх хосил килиши никланган.
Кремнийни гадолиний билан легирлаш эса, аксептор табиатли марказларнинг пайдо булишига сабаб булган. 0,03 дан 1,8 масса фоизларида киритилган голмий элементи намунанинг утказувчанлик турини узгаришига олиб келиши, аммо у кремнийдаги коваклар концентрациясини узгартирмаслиги Холл эффекти ва электр утказувчанлик методлари ёрдамида аникланган. Ушбу холда голмий билан боглик янги аксептор чукур сатх Ev+0,35 eV пайдо булиши кузатилган. Кремнийни неодим ва тербий билан ионлар имплантатцияси ёрдамида легирланганда такикланган зонада Ес -0,29 eV ва Eс-0,33 eV донор чукур сатхларнинг пайдо булиши кузатилган. Шунингдек, нодир ер элементлари кремнийда электрик нейтраллиги кузатилиб, нодир ер элементларининг микдори тнзт га таъсир килмаган. Баличенко А.А. ва бошкаларнинг [4] ишида кремнийга ионлар имплантацияси ёрдамида киритилган Gd, Yb ва Smm^ табиатини тадкиклашган ва диффузиянинг фаолланиш энергияси учун 4 eV; 4,4 eV ва 3,9 eV кийматларни мос равишда Yb, Sm ва Gd учун аникланган. Юкоридаги барча элементлар кремнийда аксептор табиат намоён килганлиги, уларнинг электрик фаолланиш даражаси намуналарга киритилган Gd, Yb ва Smm^ умумий концентрациясининг 1ч2% ни ташкил этиши аникланган.
Academic Research in Educational Sciences VOLUME 2 | ISSUE 11 | 2021
ISSN: 2181-1385
Scientific Journal Impact Factor (SJIF) 2021: 5.723 Directory Indexing of International Research Journals-CiteFactor 2020-21: 0.89
DOI: 10.24412/2181-1385-2021-11-370-376
Ион имплантациясининг дозаси ортиши билан электрик фаол кисм сезиларсиз ортган. Электрон микроскопик тадкикотлар лантаноидларнинг асосий кисми преципитатлар куринишида кремнийда жойлашиши кузатилган. Саболев Н.А. ва бошкаларнинг [5-6] ишларида эрбий ва кислородни кремнийга 1-2 MeV энергияли ионлар имплантацияси ёрдамида олинган туннел светодиодлар ва p-n структура ёритилган булиб, ушбу структуралар p-n утишнинг тешилиш режимида ишлатилган. Ушбу тешилиш режимида эрбийнинг электр люминессенциясининг интенсивлиги эрбийнинг концентрациясига боглик булади.
МУХОКАМА ВА НАТИЖАЛАР
Кремнийни эрбий билан ион имплантацияси ёрдамида легирланганда 1,54 mkm тулкин узунликли эффектив фотолюминессенция олиш имконияти пайдо булиши [7-8] аникланган. Ушбу фотолюминессенция Ег+ ионларининг парчаланган сатхлараро кристалл майдонидаги электронларнинг нурланишли утишлари натижасидир.
Мастеров В.Ф. ва бошкаларнинг [7-8] ишларида 1-2 MeV энергияли 1Ч1013ч3Ч1014 см-2 дозали голмий, диспрозий, эрбий ва иттербий ионлари билан имплантацияланган ва 600ч900 0C температураларда 0,5ч1 соат вактлар давомида киздириб ишлов берилган кремнийнинг фотолюминессенцияси тадкикланган. Электрик ва оптик фаол марказларнинг концентрациясини орттириш учун кислород ионларини кушимча имплантация килинган.
Кремнийга киритилган нодир ер элементлари ва кислороднинг концентрациялари орттирилганда фотолюминессенциянинг интенсивлиги ортиши курсатилган.
Энергияси 1 MeV энергияли ва дозаси 1013 см-2 булган голмий, диспрозий ионларининг кремнийга имплантацияси ва 600ч9000С температураларда термик ишлов бериш натижасида донор марказлар хосил булади. Ушбу марказларнинг концентрацияси бошлангич кремнийдаги кислороднинг концентрацияси ёки кушимча кислород имплантацияси килинганда ортади. Термик ишлов температураси ва Si:Dy ва 81<Ио>да кислороднинг концентрациясига фаолланиш коэффициенти ва донор марказларнинг концентрациявий таксимотларининг боглик табиати аникланган. Таркибида лантаноидлар ва киришмалари булган камида иккита донор марказлар хосил булиши мумкин эканлиги кузатилди. Эрбий ва
Academic Research in Educational Sciences VOLUME 2 | ISSUE 11 | 2021
ISSN: 2181-1385
Scientific Journal Impact Factor (SJIF) 2021: 5.723 Directory Indexing of International Research Journals-CiteFactor 2020-21: 0.89
DOI: 10.24412/2181-1385-2021-11-370-376
кислород ионлари имплантацияланган кремний монокристаллари
катламларига термик ишлов беришда донор марказлар хосил булиши математик моделлаштирилган. Х,исоблашларнинг курсатишича, донор марказларнинг тагликнинг чукурлиги буйича концентрациявий таксимотига тагликдаги кислороднинг ва имплантацияланган кислороднинг таъсири, шунингдек 60049000C диапозондаги термик ишловда эрбийнинг донор фаолланиш коэффициентининг узаро коникарли богланиши курсатилган. Назиров Д.Э. ва бошкаларнинг [9] ишларида биринчи марта 70 keV энергияли ва дозаси 1016 см-2 , ионлар токи 10 мкА/ см2 иттербий ионларининг кремнийга (KEF-15) имплантациясини ва ионлар
киритилгандан сунг, хосил булган нуксонларнинг таксимоти тадкикланган. Кремнийга имплантацияланган иттербий ионларининг таксимоти радиациявий бузилишлар таксимоти билан мос келган. 2Rp(~200E) чукурликда концентрациявий таксимотнинг Гаусс конунидан четлашиши кузатилган. Ушбу чукурликларда нуксонлар таксимоти хам монотон узгаради.
Тадкикот методологияси. Кремний намуналари дастлаб никел киришмаси билан бир текис легирланади, сунгра намунанинг катта сиртларидан бирига гадолинийнинг металл катлами пуркалади ва акрорий термик киздириш бажарилади. Намуналарни легирлаш жарайни диффузиявий йул билан Т= 1200°C, t=2 соат давомида амалга оширилади. Тадкикотлар
10 3
учун улчамлари 2010Ч1 мм булган КЭФ-15 намуналари кулланилади. Никел ва гадолиний киришмаларини пуркашдан аввал намуналар кетма-кет равишда булмайдиган киришмаларни кремний сиртида йукотиш учун, толуол, ацетон, шохона арок, H202:HCl ралашмасида ва дистилланган сувда ювилади. Худди шундай шароитларда назорат намуналари хам термик киздирилади. Кремнийга никелнинг диффузиясидан сунг намуналар HF, H202:HCl ва дистилланган сувда ювилди, сунгра кимёвий едириш ёрдамида 150 мкм калинликкача олиб борилди. Кейин намунанинг сиртларидан бирига гадолиний пуркалди ва 1200°C, t=2 соат давомида диффузия жараёни амалга оширилди. Диффузиядан сунг намуналар сиртдан оксидланган катламни ва диффузияланмай ортиб колган диффузиантни йукотиш учун яна HF, H202:HCl "шохона арок" HCl+3 HN03 ва дистилланган сувда ювилади. Нодир ер элементлари билан легирланган кремнийда фотоутказувчанликнинг аномал табиати курсатилган, яъни 1013-1016 см-2 концентрацияларда
киришмавий фотоутказувчанлик кузатилмаган.
Academic Research in Educational Sciences VOLUME 2 | ISSUE 11 | 2021
ISSN: 2181-1385
Scientific Journal Impact Factor (SJIF) 2021: 5.723 Directory Indexing of International Research Journals-CiteFactor 2020-21: 0.89
DOI: 10.24412/2181-1385-2021-11-370-376
Концентрация >1016 см-3 булганда, фотоутказувчанлик сакровчан пайдо булган. Кундузги ёритилиш йуклигида, NLa*<1017 см-3 (фосфор концентрацияси Np~1,741013 см-3) диапозонда намуна солиштирма каршилигининг ортиши кузатилган. Солиштирма каршилигининг ортиши ва киришмавий фотоутказувчанликнинг гадолиний кичик концентрациясида пайдо булиши кремнийда фосфорнинг ортишида кузатилади. Бир катор ишларда олинган натижалар кремнийни устириш жараёнида киритилган Gd, Yb ва Sm нинг электрик нофаол (электрик нейтрал) деган фикрни тасдиклайди. Киришмавий таркиби бир хил булган намуналарда лантаноидларнинг концентрацияси ортганда заряд ташувчиларнинг Холл харакатчанлигининг камайиши кремний хажмида нодир ер элементларининг преципитатлари мавжудлиги билан тушунтирилади.
Адабиётларнинг маълумотларидан хамма нодир ер элементларининг кимёвий хоссалари буйича бир-бирига якинлиги ва бундай ухшашлик лантаноидларнинг кремнийдаги хоссаларида хам умумий холда кузатилади. Нодир ер элементлари кремнийда таксимланиши коэффициентининг кичик кийматларига эгадир. Бу эса нодир ер элементлари кремний эритмаси жуда юкори булган холда эрувчанликнинг кичик кийматларга эга булишига олиб келади, натижада кремний куйманинг узунлиги буйлаб нотекис таксимланишига, шунингдек иккинчи фазадаги бирикмалар переципитатлар ёки киришмавий бирикмаларнинг пайдо булишига олиб келади. Юкорида шархланган адабиётларнинг купчилигида, нодир ер элементлари переципитатларининг улчамлари нодир ер элементларининг кремнийда пайдо буладиган концентрациялари ортиб бориши билан бирга бир неча 10 мкм ташкил этади. Бунинг натижасида, переципитатлар кремнийда локал бикр кучланишларнинг ва дислокацияларнинг пайдо булишига олиб келади. Гадолинийнинг концентрацияси ортиши билан йигинди магнитик кабулчанлик боскичма-боскич диамагнитикликдан парамагнитиклик холатга (300 K) утиши аникланган. Ушбу хол гадолиний атомларининг парамагнетизми билан боглик булиб, гадолиний магнитик кабулчанлигининг сакраши NGd ~ 1018 см-3 ва Т=290 K температурада гадолинийнинг ферромагнитик айниши кузатилади. Лантаноидларга хос хусусиятлари оркали ушбу концентрацияларда гадолиний атомларининг асосий кисми кристаллда приципитатлар куринишида жойлашиши мумкин. Гадолинийнинг концентрацияси ошганда, магнитик кабулчанликнинг магнит майдон
Academic Research in Educational Sciences VOLUME 2 | ISSUE 11 | 2021
ISSN: 2181-1385
Scientific Journal Impact Factor (SJIF) 2021: 5.723 Directory Indexing of International Research Journals-CiteFactor 2020-21: 0.89
DOI: 10.24412/2181-1385-2021-11-370-376
кучланганлиги ортиши билан камайишини тушунтиришича, бундай богланиш гадолиний атомларининг тупламлари атрофида бузилган сохалар билан боглик булиши мумкин. Тахлил ва натижалар: сигимнинг изотермик методи буйича олинган натижалар термик ишлов жараёнида гадолиний бошкариб булмайдиган тез диффузияланувчи (Au, Cu, Fe, Na, Ni, Mn ва б.) киришмалар учун геттер (тозаловчи) сифатида хизмат килиши кузатилди. Масалан Ес-0,17 eV (кислород билан кремнийнинг комплекси 1- расм)
Ес-0,4 eV (тез диффузияланувчи бошкариб булмайдиган киришмаларга хос нуксон). Чукур сатхларнинг концентрациялари гадолиний билан легирланган кремнийда, назорат намуналарига нисбатан (гадолиний киритилмаган кремний) мос термик ишловлар темпратураларида анча кичик эканлиги аникланди. Гадолиний кремнийда хосил булган термик марказлар (Ес-0,17 eV, Ес-0,4 eV) концентрациясини 2 марта камайтириши кузатилди. Хулоса ва таклифлар. Гадолиний, самарий ва эрбий билан егирланган кремнийнинг асосий электрофизик параметрларининг радиациянинг таъсирига баркарорлигининг ортиши хам курсатилган.
ХУЛОСА
1. Биргаликда ёки кетма-кет кремнийга диффузияси жараёнида тез диффузияланувчи никелнинг гадолиний ёрдамида геттерланиши - уларнинг самарали узаро таъсирлашуви аникланди.
2. Гадолинийнинг кремнийда мавжудлиги термик нуксонларнинг камайишига олиб келади.
3. Гадолиний киришмалари тез диффузияланувчи бошкариб булмайдиган киришмалар билан боглик Ес-0,17 eV, Ес-0,4 eV чукур сатхлар хосил килувчи термик нуксонлар концентрациясини самарали камайтириши кузатилди.
Тадкикланган Si <Ni+ Gd > намуналарда тнзт кийматлари хажмда назорат намуналарига нисбатан 3-5 марта камайиши кузатилди.
REFERENCES
1. Mandelkorn J., Schwartz L., Broder J., Kautz H. and Ulman R. Effects of impurities on radiation damage of silicon solar cells// Journal of Applied Physics. -New York, 1964. -V. 35.-PP.2258-2260.
Academic Research in Educational Sciences VOLUME 2 | ISSUE 11 | 2021
ISSN: 2181-1385
Scientific Journal Impact Factor (SJIF) 2021: 5.723 Directory Indexing of International Research Journals-CiteFactor 2020-21: 0.89
DOI: 10.24412/2181-1385-2021-11-370-376
2. Mandelkorn J. Gd or Sm doped silicon semiconductor composition // Patent USA. K1.252-62.3. № 3.409.554. - New York.
3. Салманов А.Р. Исследование поведения примесей редкоземельных элементов и циркония в кремнии и их влияние на его термическую стабилность. Автореф. дис. ... канд. физ. - мат. наук. - Москва, 1978.- 17с.
4. Балыченко А.А., Крылов Б.Г., Макаров В.В., Филиппов Е.И., Шокин А.Н. Особенности поведения ионно-имплантированных РЗЭ в кремнии//В сб. тезисов докладов VI международной конференции по физико химическим основам легирования полупроводниковых материалов. - М., 1988.-С. 91.
